Nawet w najlepszych przewodnikach (metalach) przepływowi prądu towarzyszy opór elektryczny, a więc i straty energii. Elektrony - nośniki prądu - są rozpraszane, na skutek zderzeń zmieniają prędkość lub kierunek ruchu. Dlaczego tak się dzieje? Metal możemy sobie wyobrazić jako sieć krystaliczną dodatnio naładowanych jonów, pomiędzy którymi poruszają się elektrony. Jony drgają wokół swoich położeń równowagi. Zderzenia elektronów z drgającymi jonami są podstawową przyczyną rozpraszania elektronów. Amplituda drgań jonów maleje ze spadkiem temperatury. Opór elektryczny maleje, gdy maleje temperatura, jednak może on osiągnąć zerową wartość dopiero w najniższej możliwej w przyrodzie temperaturze: 0 K. Jednak zerowy opór w nadprzewodnikach stwierdza się nawet w tak "wysokich" temperaturach jak 135 K. W tej temperaturze na pewno drgania sieci jonów mają dużą amplitudę i elektrony muszą znaleźć jakiś "chytry" sposób, żeby uniknąć rozpraszania.

Stwierdzenie, na czym polega ten "chytry" sposób, zajęło fizykom ponad 40 lat. Dopiero w połowie lat pięćdziesiątych XX w. została opracowana, przez trzech fizyków amerykańskich: Bardeena, Coopera i Schriffera, teoria wyjaśniająca mechanizm nadprzewodnictwa (otrzymali za to w 1973 r. Nagrodę Nobla). Nazywa się ją w skrócie teorią BCS, od pierwszych liter nazwisk jej twórców.

Podstawą teorii BCS jest zaskakujący pomysł, że w nadprzewodniku elektrony łączą się w pary. Pomysł ten jest zaskakujący dlatego, że elektrony mają taki sam ujemny ładunek - powinny się więc odpychać, a nie łączyć w pary. Elektrony odpychają się, oczywiście, na skutek oddziaływania kulombowskiego, ale w krysztale istnieje pomiędzy nimi dodatkowe oddziaływanie przyciągające. Jest ono związane z oddziaływaniem elektronów z siecią krystaliczną. Można to sobie wyobrazić w ten sposób, że w trakcie swojego ruchu elektron poprzez oddziaływanie przyciągające deformuje rozkład ładunków dodatnio naładowanych jonów tworzących sieć krystaliczną. Elektron, który znajdzie się w pobliżu, odczuwa to zaburzenie sieci i jest przez nie przyciągany. W ten sposób, za pośrednictwem sieci, dwa elektrony będą się przyciągać. To oddziaływanie może być silniejsze niż oddziaływanie odpychające. Ponieważ drgania sieci krystalicznej nazywamy fononami - taki mechanizm łączenia elektronów w pary nazywamy fononowym.

Zjawisko nadprzewodnictwa występuje w wielu materiałach. W większości przypadków są niskie, często bliskie temperatury Jakie materiały wykazują nadprzewodnictwo? Wykazuje je większość metali, jednakże dopiero poniżej temperatury rzędu kilku kelwinów. Najwyższą temperaturę krytyczną wśród metali, ma niob (Nb). Nadprzewodnictwo wykazuje wiele stopów, najwyższą ma stop - wynosi ona 23,3 K. Przez wiele lat była to najwyższa temperatura krytyczna. W roku 1986 odkryto nową klasę materiałów wykazujących nadprzewodnictwo. Nazwano te materiały nadprzewodnikami wysokotemperaturowymi, określenie to należy traktować z pewną rezerwą. Nazywamy tak materiały, których temperatura krytyczna jest znacznie wyższa od temperatury "starych", konwencjonalnych, nadprzewodników. Ciągle są to jednak, z punktu widzenia życia codziennego, temperatury niskie. Jak stwierdzono w 1993 roku, najwyższa znana obecnie nadprzewodnika wysokotemperaturowego wynosi 135 K czyli (pod ciśnieniem atmosferycznym), pod wysokim ciśnieniem tego związku wzrasta do 164 K. Od roku 1993 nie znaleziono materiału, który pod ciśnieniem normalnym wykazywałby wyższą

Za przełomowe dla nadprzewodników wysokotemperaturowych można uznać dwa odkrycia - pierwsze, dokonane w 1986 roku przez Szwajcarów, Alexa Mullera i Georga Bednorza (Nagroda Nobla w 1987 r.). Stwierdzili oni występowanie nadprzewodnictwa w ceramicznym materiale tlenkowym zawierającym lantan, bar, miedź i tlen - Temperatura krytyczna wynosiła 35 K, była więc istotnie większa niż poprzedni "rekord". Znaczenie ich odkrycia polegało jednak przede wszystkim na tym, że zwrócono uwagę na nową grupę materiałów, zupełnie nie "podejrzewaną" o to, że może wykazywać nadprzewodnictwo. W krótkim czasie, na początku roku 1987, Amerykanin Paul Chu odkrył nadprzewodnictwo w związku W tym przypadku kluczowa jest wartość Z punktu widzenia zastosowań jest to odkrycie przełomowe. Jest to bowiem temperatura wyższa od temperatury ciekłego azotu, która wynosi 77 K. Aby wykorzystać w praktyce nadprzewodnik (na przykład do przesyłania prądu bez strat), konieczne jest utrzymywanie go przez cały czas w temperaturze niższej od Oznacza to, że nadprzewodnik konwencjonalny musi być zanurzony w ciekłym helu, natomiast nadprzewodnik może być zanurzony w ciekłym azocie. Jest to różnica zasadnicza. Ciekły hel jest dużo droższy i dużo mniej dostępny od ciekłego azotu, jego wytwarzanie, przechowywanie, przelewanie do zbiorników jest dużo bardziej skomplikowane niż w przypadku azotu.

Zostały przebadane różne materiały wykazujące nadprzewodnictwo w temperaturach wyższych od temperatury ciekłego azotu. Wiemy o tych materiałach już dosyć dużo. Ciągle jednak nie znamy odpowiedzi na dwa podstawowe, związane zresztą ze sobą, pytania. Jaki jest mechanizm nadprzewodnictwa wysokotemperaturowego? Wiadomo, że nośnikami prądu są pary elektronów, nie jest jednak jasne, jaki jest mechanizm łączenia się elektronów w pary. Teoria BCS, która tłumaczyła to dobrze w przypadku nadprzewodników klasycznych, nie wystarcza. Drugie pytanie: jaka jest możliwa najwyższa temperatura krytyczna w tej grupie materiałów, czy możliwe jest nadprzewodnictwo w temperaturze pokojowej? Też na razie pozostaje bez odpowiedzi. A odpowiedzi na te pytania są na wagę Nagrody Nobla.

Eksperyment przeprowadzony w 2015 r. pokazał jednak, że rekordową obecnie temperaturę krytyczną, wykazuje... siarkowodór Tyle że stan nadprzewodzący obserwuje się tylko pod ogromnymi ciśnieniami około (ciśnienie w jądrze Ziemi wynosi około ). Co ciekawe, za nadprzewodnictwo w tak wysokiej temperaturze odpowiedzialny jest klasyczny - fononowy mechanizm łączenia się elektronów w pary Coopera.

Końcowa uwaga: zjawisko nadprzewodnictwa możemy traktować jak coś egzotycznego - niskie temperatury, wysokie ciśnienia… Jednak tak naprawdę, to temperatury i ciśnienia, do których przyzwyczailiśmy się na Ziemi, są wyjątkowo egzotyczne. Stan nadprzewodzący może być więc dużo bardziej fundamentalnym stanem materii, niż się nam wydaje.